史上最全量子信息教育资源汇总

光子盒研究院出品

量子计算的发展离不开人才队伍的建设，目前全球量子计算核心人才短缺，特别是国内从事量子计算研发的专业人员仅百余人，亟需培养下一代量子计算人才。

 

在全球范围内，量子信息教育看似一片蓝海，但是竞争已经愈发激烈，大量研究机构、科技巨头和初创企业开始布局量子信息教育。本文尽最大可能将全球量子信息教育资源（包括免费和付费）汇总，以供读者学习和参考。

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国内量子信息教育

 

1.本源量子

 

2019年初，本源量子启动了量子教育版块。先后推出国内首个量子计算在线教育平台——本源溯知、国内首部专业的量子计算与编程教材《量子计算与编程入门》以及国内首款量子计算全物理体系学习机。

 

其中，《量子计算与编程入门》可购买纸质版，本源溯知和量子学习机通过以下方式访问：

 

本源量子教育平台——本源溯知（网页和APP）

https://learn-quantum.com/EDU/index.html

 

本源量子计算全物理体系学习机是一个专为量子计算行业学习和从业人员设计的完整的仿真环境，它致力于量子算法及量子软件的学习、培训、开发、实验和应用。

http://www.originqc.com.cn/website/learnMachineIntroduce.html

 

此外，国内首个以量子计算为主题的科普展馆——本源量子计算体验中心搭建了由本源量子自主研发的国内首台超导量子计算机原型机和国内首台半导体量子计算机原型机，地点位于合肥。

 

2.量旋科技

 

2020年1月6日，量旋科技发布全球首台桌面型核磁共振量子计算机（2比特）“双子座”。已与清华大学、北京理工大学、北京师范大学、四川师范大学等多家高校达成战略协议，“双子座”将会用于量子力学和量子信息方面的课程教学。

3.国仪量子

 

2019年，国仪量子推出首款面向大众的金刚石量子计算教学机和基于该产品的量子计算实验课堂整体解决方案。该产品具有可用于通用量子计算的两比特，可以进行量子比特演示、量子逻辑门操作、量子叠加态演化和经典量子算法演示。

目前该产品已成功交付至多个国内高校，其中2019年10月和11月在深圳大学和南京大学分别开设基于金刚石量子计算教学机的量子计算实验课程。

国外量子信息教育

4.IBM

 

IBM Qiskit是一个开源软件开发工具包，为量子系统开发提供所需的全套量子模拟工具和量子加速器。IBM的教育资源大部分与Qiskit相关。

 

Qiskit教育模块为https://qiskit.org/learn，包括一本如何使用Qiskit的教材、详细的Qiskit安装和使用教程（包括文字和YouTube视频）。Qiskit还在今年夏天开办了全球暑期学校。

可通过以下方式访问：

 

教材Learn Quantum Computation using Qiskit，共9章，免费

https://qiskit.org/textbook/preface.html

 

Qiskit安装和使用教程

https://qiskit.org/documentation/tutorials/circuits/1_getting_started_with_qiskit.html

https://www.youtube.com/playlist?list=PLOFEBzvs-Vvp2xg9-POLJhQwtVktlYGbY

 

YouTube Qiskit频道上有几十个不同的视频，包括使用Qiskit编码、1分钟Qiskit、量子基础知识、电路会议、量子信息科学系列研讨会等。

 

Qiskit全球暑期学校为期两周（7月20日-31日），旨在让下一代量子开发者掌握自主探索量子应用的知识。课程包括量子计算的预备课程，并集中在两个关键领域：超导器件和量子化学应用。了解矩阵乘法，并且有一些Python编程经验，那么就可以报名参加。

http://qiskit.org/events/summer-school

 

今年Qiskit全球暑期学校有了第一批毕业生，有望继续举办下去。

 

此外，IBM与麻省理工学院合作为企业高管、工程师、科学家和研究人员等制定一套全面的课程，帮助这些人理解即将到来的量子计算革命。双方联合成立了麻省理工学院-IBM沃森人工智能实验室，进行量子计算和机器学习的交叉研究。

 

IBM也参与了美国国家科学基金会Q2Work计划，将为教授和学生提供IBM量子计算机及其开发的最新学习资源，以帮助他们开始在量子计算机上编程和实验。而与经典计算机上运行的量子仿真器不同，该课程使学生能够理解噪声、量子耦合和其他编程挑战的影响。该项目正在帮助教师准备秋季学期的课程。

 

IBM博客关于量子教育的讨论

https://www.ibm.com/blogs/research/tag/quantum-education/

 

5.微软

 

微软创建了一个关于量子计算的在线课程，共33章，教授量子计算的概念和一些著名的算法，并使用微软的Q#语言和Python。课程的前两章是免费的，但要进入其余章节则需要付费。

https://brilliant.org/courses/quantum-computing/

 

微软在开源项目托管平台GitHub上创建了一个叫做Quantum Katas的教程。其中包含一系列使用Q#语言的编程练习，允许用户以自己的速度学习。该教程与微软量子开发工具包一起使用，由一系列量子计算任务组成，这些任务需要用户填写一些代码。

https://github.com/Microsoft/QuantumKatas

 

近期，微软公司宣布将培训来自印度顶尖研究所的900名教员的量子计算技能和能力。培训将从8月24日持续到29日，培训内容是量子计算的基础知识，包括叠加和纠缠、利用量子比特和量子门处理信息以及量子机器学习和编程。还将提供使用微软Q#和量子开发工具包的编码课程。

 

该计划是微软与印度马拉维亚国立技术学院和巴特纳国立技术学院合作举办的。

 

6.Q2Work

 

美国国家科学基金会正在推进量子教育，投资100万美元在量子信息科学与技术领域，包括建立旨在支持量子信息科学与技术的学习者和教育者的Q2Work计划。美国成为世界上最早向全国K-12学生和教育工作者提供QIS教育工具和资源的国家之一。

 

高中量子计算：教师暑期讲习班，建立参与学校量子内容部署的教育工作者社区，以及组织利益相关者会议。

https://q12education.org/

 

自学工具

 

我们希望学习者能够直接获得在线量子教育的机会。我们将收集、链接和协作支持新的数字学习工具的创建，并帮助这些关键元素进入学习空间。这包括来自国家Q-12教育伙伴关系成员和更广泛的QIS教育社区的工具，如游戏、视频、zines和交互式学习体验。

 

此外，来自合作伙伴关系的公司也承诺提供资源，例如通过云端访问量子计算机编程的早期软件。

 

课程材料

 

教育专业人士正在设计K-12和早期大学课程，以介绍各种背景下的QIS和相关主题，其中许多可以整合到数学、物理和计算机科学课程中。专业协会将提供材料，如APS的中学教室物理任务包和OSA的儿童光学，介绍光学和光科学。

 

Q2Work网站将重点介绍量子信息科学的课程材料，以及为教育工作者提供的背景信息，以支持他们将模块集成到课堂中，无论是在线的还是面对面的。我们还将组织研讨会，让社区聚集在一起，扩展关键概念，帮助确定QIS教育中缺失的内容，并进一步开发材料。

 

事业

 

你有兴趣进一步了解量子信息科学家的工作吗？QIS的科学家在公司、专业团体、学术界和政府部门做出了重要贡献。这项计划和合作伙伴关系将为合格中介机构的许多不同职业提供信息。我们还将帮助现有合格中介机构与导师、教育工作者、学校联系起来。

 

机会

 

全世界的公众都有机会参与进来。我们将提供实习机会和外展活动，还将与社区合作，帮助学生、学生导师、教育工作者和未来雇主建立联系。

 

7.麻省理工学院

 

麻省理工学院Quantum Practitioner Curriculum课程包括两个不同系列的在线课程。

 

第一个是量子计算的基础，由MIT教授的一系列视频讲座和相关的问题集组成。该系列课程不收费，但MIT会为那些通过课程的学生提供了一份可选的结业证书，收费不高。

 

第二个是付费专业开发系列，叫做量子计算的应用程序。通过其中一门付费在线课程的学员将获得继续教育单元（CEU），而通过所有四门课程的学员将获得麻省理工学院的专业证书。

https://quantumcurriculum.mit.edu/

 

MIT量子计算教育网站，其中包括《将量子计算知识转化为行动》课程

https://learn-xpro.mit.edu/quantum-computing

 

Code Connects夏令营

由麻省理工学院量子计算导论（Introduction to Quantum Computing）课程的研究员兼讲师Amir Karamlou领导。

https://codeconnects.org/summercamps.html

 

Modern Synthesis of Quantum Materials项目

组织者来自麻省理工学院、霍普金斯大学、加州大学圣芭芭拉分校、宾夕法尼亚州立大学

http://qs3.mit.edu/index.php/summer-school-program

 

8.QuTech

 

QuTech在网上提供了QuTech学院，目前包括edX.org网站上的四门课程：

 

量子互联网和量子计算机：它们将如何改变世界？量子计算机和各种量子应用的介绍。

 

量子计算机的构造-part 1：量子计算机看起来像什么，它有什么组件，量子计算机是如何工作的？part 1集中讨论量子位这一层。

 

量子计算机的构造-part 2：解释量子计算机的其他层，从电子学到操作量子计算机所需的硬件、软件和算法。

 

量子密码学：本课程深入探讨量子协议，以及这将如何影响安全通信。

https://qutech.nl/academy/online-learning/

 

9.IEEE

 

美国电气和电子工程师协会（IEEE）公开了一份量子教育资源。

https://quantum.ieee.org/education/resources

 

1）量子教育在什么程度上可用？

 

STEM（科学、技术、工程和数学），通常用于高中，本科或学士学位，研究生、硕士和博士学位，为已经有工作的成年人提供培训。

 

2）量子教育适用的专业是什么？

 

物理学，特别是量子物理学和量子信息

硬件工程，如设备物理、低温学、系统设计

软件，包括量子计算机软件和普通计算机软件

数学，包括算法和复杂性理论

 

为了支持上述主题，供应商和其他实体提供学习工具，例如：

 

书籍、游戏

量子模拟器，用于教授如何编程量子计算机

在互联网上有真正的量子计算机

软件工具，如编译器、框架

 

3）本科课程是什么样子的？德克萨斯大学的一个例子

 

德克萨斯大学奥斯汀分校有一门跨学科的课程，包括量子信息或数学分支，基于量子光学的硬件或电气工程分支。

 

数学分支包括：

 

量子与经典复杂性理论

量子信息科学导论

 

硬件分支包括：

 

第一年自然科学学院新生研究计划（FRI）

第二年为30名CNS新生提供为期一年的课程的：

春季量子信息基础

夏季实验量子光学（可选）

秋季量子编程

 

这项教育计划的部分资金来自德克萨斯大学和国家科学基金会。

 

PPT课件：

https://quantum.ieee.org/images/files/pdf/educational-programs-qis-ut-austin_la-cour.pdf

 

4）研究生量子教育课程是什么样子的？新墨西哥大学的一个例子

 

新墨西哥大学物理系已经把几个有代表性的课程作为公共服务放到网上。

 

量子光学——量子信息科学的一门普通课程

 

物理566，量子光学I，2019年秋季（Deutsch教授-视频，课堂讲稿，家庭作业）

http://physics.unm.edu/Courses/Deutsch/Phys566F19/

 

物理581，量子光学II，2018年春季（Deutsch教授-视频、课堂讲稿、家庭作业）

http://info.phys.unm.edu/~ideutsch/Classes/Phys581S18/index.htm

 

5）公司有哪些资源？

 

可以从支持量子产品的公司以及其他主要制作教育材料的公司获得资源。比如微软。

 

6）从长远来看呢？量子课程标准简介

 

量子计算不是第一个进入主流的新计算技术，可以预期它将遵循与计算机科学、数据科学等相同的总体增长模式。

课程标准是由工程技术评审委员会（ABET）制定的，这在本科阶段是最强的。ABET从具有专业知识的组织那里得到建议。

 

IEEE和国际计算机学会（ACM）共同参与了计算机科学认证委员会（CSAB），随着量子工程领域的成熟，CSAB会在量子工程领域提供建议。

 

7）还有哪些其他材料可供教育工作者使用？

 

附录包括一份教育材料的清单，这些材料已经通过IEEE成员专家的审查。

10.2020年最佳量子计算课程

 

25位专家编制了这张2020年最佳量子计算课程列表。它包括付费和免费资源，帮助你学习量子计算，这些课程适合初学者、中级学习者和专家。

https://digitaldefynd.com/best-quantum-computing-courses/

1）量子计算导论（圣彼得堡国立大学）

https://www.coursera.org/learn/quantum-computing-algorithms?ranMID=40328&ranEAID=vedj0cWlu2Y&ranSiteID=vedj0cWlu2Y-F.7Y0.l.oGjDZd7IA29wZw&siteID=vedj0cWlu2Y-F.7Y0.l.oGjDZd7IA29wZw&utm_content=10&utm_medium=partners&utm_source=linkshare&utm_campaign=vedj0cW

 

2）QC101量子计算与量子物理初学者版

https://www.udemy.com/course/qc101-introduction-to-quantum-computing-quantum-physics-for-beginners/?LSNPUBID=vedj0cWlu2Y&ranEAID=vedj0cWlu2Y&ranMID=39197&ranSiteID=vedj0cWlu2Y-xuid1k4p5rXzzfCj11zFrw&utm_medium=udemyads&utm_source=aff-campaign

 

3）量子计算：模拟与编程理论

https://www.udemy.com/course/quantum-computing/?LSNPUBID=vedj0cWlu2Y&ranEAID=vedj0cWlu2Y&ranMID=39197&ranSiteID=vedj0cWlu2Y-mvmFTGXYs3tJ.mcpjlr07Q&utm_medium=udemyads&utm_source=aff-campaign

 

4）量子计算课程

https://www.udemy.com/topic/quantum-computing/

 

5）量子世界（哈佛大学）

https://www.edx.org/course/quantum-world-harvardx-chem160x?source=aw&awc=6798_1597116661_b1aef562358877e228a3a15fc0b24e15&utm_source=aw&utm_medium=affiliate_partner&utm_content=text-link&utm_term=427859_Digital+Defynd

 

6）量子计算机的组成部分（代尔夫特理工大学）

https://www.edx.org/course/hardware-of-quantum-computer?source=aw&awc=6798_1597116665_64a565fba400e247a6fa347a01d7e901&utm_source=aw&utm_medium=affiliate_partner&utm_content=text-link&utm_term=427859_Digital+Defynd

 

7）量子计算导论（代尔夫特理工大学）

https://www.edx.org/course/the-quantum-internet-and-quantum-computers-how-w-2?source=aw&awc=6798_1597116669_73efa3cfb58451c85b08cca26a20a627&utm_source=aw&utm_medium=affiliate_partner&utm_content=text-link&utm_term=427859_Digital+Defynd

 

8）将量子计算知识转化为行动（麻省理工学院）

https://learn-xpro.mit.edu/quantum-computing

 

11.Michael Nielsen

 

Michael Nielsen是经典著作《量子计算与量子信息》的作者。

 

对于量子计算基础的初级教育，最好的来源之一是Michael Nielsen的Quantum Computing for the Determined。包括22个短片，涉及量子计算初级知识，超密集编码，量子隐形传态，和量子力学的假设。强烈推荐。

http://michaelnielsen.org/blog/quantum-computing-for-the-determined/

 

此外，Michael Nielsen和Andy Matuschak还开发了一个在线课程，叫做Quantum computing for the very curious，使用了一种新的实验性记忆媒介，旨在让你几乎不费吹灰之力就能记住读到的内容。目前发布了第一集。

https://quantum.country/qcvc

 

12.其他大学

 

加州理工学院开设的课程Physics 219, Quantum Computation已经发展了10年，现有超过400页的在线材料，分为9章。

http://www.theory.caltech.edu/people/preskill/ph229/

 

加州大学伯克利分校《量子力学和量子计算》课程录制了64场视频讲座。视频长度从5到20分钟不等，介绍基本量子力学原理、量子比特和量子算法。

https://www.youtube.com/watch?v=Z1uoz_8dLH0&list=PL74Rel4IAsETUwZS_Se_P-fSEyEVQwni7

 

哈里斯堡大学量子计算学院（QCA）

https://camps.harrisburgu.edu/online-quantum-computing-academy/

 

南非University of the WiTWatersrand量子计算暑期学校，与IBM、JCSE、WIDS和ARUA合作主办。

https://www.wits.ac.za/quantum-computing/summer-school/

 

在线课程网站FutureLearn与日本的庆应义塾大学联合开设了一门名为《理解量子计算机》的免费在线课程。面向高中生、大学生和计算机专业人士。

 

课程为期四周，每周学习五个小时，讨论建造量子计算机的动机，包括量子计算的重要原理，一些重要的量子计算算法，并简要介绍一下量子计算硬件和新兴的量子信息技术产业。

https://www.futurelearn.com/courses/intro-to-quantum-computing（有英文、日文、泰文三个版本）

 

巴塞尔大学的James Wootton博士开发了一个名为Decodoku的博客网站，相关游戏致力于量子纠错的主题。包含两款名为Decodoku和Decodoku Puzzles的手机游戏。这些游戏可以让人学习和研究量子纠错。此外，该博客还有一系列很好的帖子，提供了一个关于量子纠错的很好的教程。

http://decodoku.blogspot.com/

 

13.Quantum Computing UK

 

Quantum Computing UK，一个相信每个人都应该有机会涉足量子计算的组织。我们提供免费教程和无限访问我们的代码库，以帮助您学习如何为量子计算机创建软件。

https://quantumcomputinguk.org/

 

网站提供的服务：

 

量子计算入门教程

https://quantumcomputinguk.org/tutorials-1

允许你在量子计算机上运行程序的代码库

https://quantumcomputinguk.org/code-repository

我们发表的关于量子计算的研究

https://quantumcomputinguk.org/research

加入我们的创新小组，学习如何使用量子计算解决现实世界的问题

https://quantumcomputinguk.org/join

 

14.视频讲座

 

物理学家David Deutsch发布了六个关于量子计算的视频讲座，旨在介绍量子计算理论。

http://www.quiprocone.org/Protected/DD_lectures.htm

 

加拿大Perimeter研究所发布了一系列由Daniel Gottesman授课的名为Quantum Information Review的长达14小时的讲座。讲座于2015年录制，可以多种格式（MP4、MP3和PDF）下载。

http://pirsa.org/C15009

 

Quantum Intuition的YouTube频道包含数百个视频，涵盖了与量子算法和量子计算机编程相关的广泛主题。视频有六个部分，包括项目回顾、量子AI/ML、算法、有用的原语、量子纠错、书籍和在线课程评论。视频长度从2分钟到2小时不等，平均约为30分钟。展示了使用几个不同软件平台的在线演示，如Qiskit、Cirq、Pennylane、Quirk等。

https://www.youtube.com/channel/UC-2knDbf4kzT3uzWo7iTJyw

 

Q-CTRL提供了一系列的教育视频、技术研讨会和教程，你可以在Q-CTRL的YouTube频道上找到。

https://www.youtube.com/channel/UCQiXPcOeZ2M6LnKm6wjWS9w/

 

15.工具包

 

Qubitekk和Phase Space Computing两家公司已经开发出适合课堂使用的教学工具包，为学生提供有关量子现象的实践经验。

 

Qubitekk产品名为Quantum Mechanics Lab Kit（量子力学实验工具包），包括在量子力学中进行七项基础实验所需的所有设备和说明。包括激光器、双光子源、光子计数模块、符合计数器和各种光纤元件，可用于演示纠缠、叠加等量子现象。

http://qubitekk.com/education/

 

另一家Phase Space Computing的Toolkits由近似于量子门行为的电子电路板组成。可以演示诸如量子密钥分配、隐形传态、超密集编码、Deutsch-Jozsa算法和Shor算法等功能。

https://phasespacecomputing.com/

 

德国的qutools GmbH提供了三种不同的量子物理教育和科学工具包。

 

quED是一个纠缠演示器，它有单光子对和纠缠光子对的源。利用它的附加组件，可以进行多个量子实验。

 

Quantenkoffer是一个即插即用的量子科学工具包，适用于中小学和大学学生，具有单光子和纠缠光子对。具有不同光学能力的多个令牌提供了大量不同的实验。

 

quNV是一种基于氮空位（NV）中心的金刚石磁强计进行量子传感的装置。用自旋操纵甚至单量子比特来探索量子物理的世界。

https://www.qutools.com/quantum-physics-education-science-kits/

 

16.其他

 

一篇列出高中生量子计算资源的博客，作者是Jack Ceroni，他汇总了一个对量子感兴趣的高中生可能感兴趣的课程和教育资源。

https://unitary.fund/posts/high_school_resources.html

 

关于量子退火的一篇文章，作者是Brianna Gopaul，介绍了量子退火是如何工作的，哪些组织正在开发量子退火器，以及它们可能被使用的应用。

https://www.linkedin.com/pulse/quantum-annealers-solving-worlds-optimization-problems-brianna-gopaul

 

量子光学课程

https://www.quantumoptical.com/coursesbrowse.asp

 

由2名美国高中教师和3名科学家针对高中生开设课程

https://arxiv.org/abs/1905.00282

https://arxiv.org/abs/2004.07206

 

洛斯阿莫斯国家实验室

https://www.lanl.gov/projects/national-security-education-center/information-science-technology/summer-schools/quantumcomputing/index.php

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